CN1311240C - 用于自检测室回收低温流体或气体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了几种方法和装置，这些方法和装置可对元件例如印刷电路板、集成电路、子系统或其它元件进行有效的环境检测。在本发明的一种方法中，可将待测元件放入一室内，该室具有充满气体的内部空间。通过在该待测元件附近巧妙地设置一根或多根冷却旋管来间接冷却该元件，以及向该冷却旋管供应来自低温流体源的低温流体；热低温流体可通过一种或两种装置进行回收：温差环流回路，以及用于再利用热低温流体的存储和压缩装置；所述内部空间内最好填充有干燥气体。

Description

用于自检测室回收低温流体或气体的方法及装置

                  相关申请的对照

本申请与2000年10月24日申请的暂时未决的申请号为60/242947的申请相关，在此引入该文件以供参考。

发明领域

本发明涉及通过使用低温流体来迅速改变元件温度，以实现对元件及电子子系统例如电子元件的检测。

背景技术

在电子设备制造中环境检测(ET)技术的应用正显著增加，例如环境压力筛选(ESS)，加速压力检测(AST)，高加速寿命检测(HALT)以及高加速压力筛选(HASS)。这些类型的检测经常用于各种产品，范围包括半导体、已封装的集成电路(IC)、已装配好的印刷电路板(PCB)、光纤设备、或最终组装产品(两个例子为飞机雷达设备和计算机服务器)。这些技术强迫所制造产品受到外界的压力，该压力基本上高于该产品整个寿命中所能经历到的压力。这些检测的目的在于帮助以最少的费用、在最短的时间内发现隐藏缺陷；以最少的费用、在最短的时间内检测出任何可能的缺陷；如果筛选中发现任何缺陷，提供闭合回路以进行失效分析并采取纠正措施；增强磁场可靠性；以及减少总制造成本、维修费用和抵押成本。在世界上，电子设备是大多数日常活动的基础，因此，降低成本且增强可靠性是至关紧要的。为此，ET技术得以迅速采用。

作用给电子设备的压力类型可发生很大变化，但最常见的包括热检测。热检测包括迅速地加热和冷却设备(每分钟温度变化ΔT高达100℃)。加热或冷却得越快，检测得越快，同时可越快地对所检测产品进行分析，于是可越快地将所检测产品送去维修或在市场上出售。典型的，这样实现冷却：通过使用基于CFC(氟氯化碳)的机械制冷机组，或通过使用直接与设备接触的液化气体蒸发所产生的低温。所采用的气体通常为氮气，因为其相对较安全且其通常在价格上比惰性气体要便宜得多。在一定情况下也可采用其它种类的气体，例如二氧化碳。

现有技术基本上是利用液化气体蒸发所产生的低温，同时给最终产品的制造过程增加了一项重要成本。尽管通常在成本上是划算的，但又增加了要减少所使用低温流体/气体并优化其使用的压力。当前系统主要采取一种不可能进行回收的直接喷射方法，或者采取使用冷却旋管的间接冷却方法。典型地，在两种情况下，已加热的冷却气体将被排放到空气中。

因此，在ET技术中就需要更好地利用低温流体化气体，主要为了减少与低温流体化气体相关的成本。

发明概述

依照本发明，采用间接冷却方法，换句话说，采用冷却旋管，低温流体将流过该冷却旋管，可回收ET过程中所使用的低温液化气体。这些系统可回收该低温流体，其中，术语“回收”包括当低温流体实现其在ET过程中的用途后，再利用加热后的低温流体。

更具体地，本发明使用高效且经改进的冷却旋管，其中低温液化气体(优选为液化氮、氩、或其混合物)进入该旋管，该旋管被巧妙地设置在一ET室内，低温流体利用间接热交换来冷却该室，从而生成热低温流体(这里或者完全是气体或者是液相与气相的混合物)。然后将热低温流体输送给回收站。本发明包括热循环(以交替方式降低和升高温度)，以及仅冷却，或仅加热，但优选的是热冷却。热冷却可包括以一定速率进行冷却，该速度可在每分钟温度变化ΔT为1℃的非常慢速率至每分钟温度变化ΔT高达100℃的非常快速率之间变化。

如在本发明中所使用的，“回收”包括两种主要方法：(a)利用温差环流冷却剂槽及相关设备，以及(b)对热低温流体进行再压缩和/或储存该低温流体以在其它生产上使用。此处所用的“巧妙设置”及“巧妙地被设置”指以这样一种方式将待测元件和旋管相对于对方地设置在检测室内，使该冷却旋管能充分实现其升高或降低该元件温度的功能。“充分实现”指按照精确、受控的方式进行冷却或加热。

本发明该方法及装置能极大地降低ET过程成本。当车间内别处需要该气体时，与使用低温流体相关的成本接近为零。

本发明的第一方面是一种对元件(优选为IC，PCB，子系统等)进行环境检测的方法，该方法包括步骤：

(a)将待测元件放入一室内，该室具有充满气体的内部空间；

(b)通过在该待测元件附近巧妙地设置一根或多根冷却旋管来间接冷却该元件；

(c)向该冷却旋管供应来自低温流体源的低温流体，从而冷却该元件，并生成热低温流体；以及

(d)以温差环流方式，利用一种温差环流导管回路将该热低温流体回收至该低温流体源。

优选的在该方法中，该内部空间内的该气体是非惰性的(最好循环的)；该方法还包括测量该内部空间内该气体的温度；该方法还包括至少部分地基于内部空间的温度控制该低温流体的流动；该方法还包括测量流入该旋管内的该低温流体的温度；以及该方法还包括至少部分地基于流入该旋管内的该低温流体的温度控制该低温流体的流动。

本发明的第二方面是一种对元件进行环境检测的装置，该装置包括：

(a)具有内部空间的检测室，用于容纳待检测的一个或多个元件；

(b)至少一个冷却旋管，其巧妙地设置在该检测室内；

(c)低温流体输送管，其将低温流体源和该旋管连接起来；以及

(d)低温流体返回管，其使该旋管与该低温流体源连接起来，其中，该低温流体输送管和该低温流体返回管都被连入一温差环流回路内。

优选的该装置中，该检测室包括用于移动内部空间内气体的装置；该装置还包括用于测量该检测室的内部空间内温度的装置；该装置还包括用于控制该低温流体自该低温流体源的流动的装置。

本发明的第三方面是一种对元件进行环境检测的方法，该方法包括步骤：

(a)将待测元件放入一室内，该室具有充满气体的内部空间；

(b)通过在该待测元件附近巧妙地设置一根或多根冷却旋管来间接冷却该元件；

(c)向该冷却旋管供应来自低温流体源的低温流体，从而冷却该元件，并生成热低温流体；以及

(d)使该热低温流体流至一低压储存装置。

优选的该方法中，还包括压缩该热低温流体以形成压缩低温流体，然后将压缩低温流体输入至一高压储存装置；该方法还包括将至少一些压缩低温流体用于其它使用点，该使用点自下述组中选出，该组包括现场的其它用途、离开现场的其它用途以及存储槽；该方法还包括将一部分该热低温流体输入该内部空间内；该方法还包括将干燥气体输入该内部空间内；该方法还包括在该低温流体体存储槽内蒸发一部分该低温流体，并将其输送至其它使用点。

如在此所使用的，术语“干燥”指气体中所包含的水分不超过1％，较佳的是不超过百万分之(ppm)一百，佳的是不超过十亿分之(ppb)一百，最好不超过1ppb。

本发明的第四方面是一种对元件进行环境检测的装置，该装置包括：

(a)具有内部空间的检测室，用于容纳待检测的一个或多个元件；

(b)至少一个冷却旋管，巧妙地设置在该检测室内；

(c)低温流体输送管，其将低温流体源和该旋管连接起来；以及

(d)用于该热低温流体的低压储存装置，以及使该旋管与该低压储存装置相连接的导管。

优选的该装置中，包括用于压缩该热低温流体以形成压缩低温流体的压缩装置；该装置包括获取来自该压缩装置的供料的高压存储装置；该装置包括将该压缩低温流体输送给其它使用点的导管；该装置包括使该低温流体源与一热交换单元连接的导管，以及使该热交换单元与给其它使用点供应低温流体的导管相连接的导管；该装置包括允许一部分热低温流体进入该检测室的该内部空间内的装置；该装置包括在该检测室上用于感应该内部空间温度的温度测量装置；该装置包括在该液化低温流体源上的液位传感器；该装置包括用于控制该低温流体存储装置的流出及流入的控制装置；以及该装置包括用于给该内部空间输送干燥气体的装置。

参考以下说明书和权利要求书可获得对本发明的进一步评价及理解。

附图的简要说明

图1，2和3为依照本发明三种优选方法及装置的示意性流程图。

优选实施例的说明

本发明人在此回顾一下各种用于减少有关ET过程中所使用液化气体成本的方法。人们已发现可采取利用冷却旋管的间接冷却方法。更具体的，为获得更高效能，冷却旋管的位置及该旋管自身的设计应能减少所使用低温流体化气体的成本。显而易见，本发明人在此提出的采用具有高效旋管及旋管定位的系统具有某些优点，包括：(a)热交换率几乎与大多数直接喷射系统一样高；(b)不存在与将惰性气体喷入室内有关的安全问题，当将惰性气体喷入室内时，工人不得不会接触到一定的惰性气体；以及(c)如果可以某种方式再利用“热”低温流体，将提高效率。

因此，本发明涉及回收间接冷却系统中所使用的低温流体化气体。应认识到的是，本发明方法并不仅限于冷却，但冷却是该方法及装置的优选应用。例如，本发明可再利用已蒸发并与检测元件接触以进行冷却的低温流体，或者升高先前已冷却的元件温度，或者降低需要被冷却的元件温度至一更低的冷却温度，或者用于惰化目的。再如另一个例子，该方法和装置可用于在极低温度与极高温度之间热循环该元件。为实现高温，最好停止流动低温流体，并最好利用置于室内的加热单元加热室内的剩余蒸气。优选地，该加热单元为内部陶瓷加热器，例如现在通常采用的。位于室内部的风扇有助于蒸气的流通。

现转至附图，图1表示本发明第一种方法及装置的实施例，被标识为1。该实施例中，装置1包括环境检测室2，以及温差环流装置4。为了使温差环流装置4，更具体的说是低温流体实现其功能，优选地，将该温差环流装置4设置在稍高于冷却旋管14水平面的位置，以提供足够的液压。导管10和12提供了这一点，如图1所示。温差环流装置的操作在液化气体存储领域中是公知的，这里几乎不需要对其进行说明。实质上，较热液体的密度要小于相同成分较冷液体的密度，因此，较冷液体趋向于在导管系统内如图1所示移动较热液体。

图1表示了例如整齐排列在检测室2内印刷电路板16下方的冷却旋管14。环境检测室2还包括通常具有图1中18所示把手的一门或者其它开启装置，从而可将待检测设备移入及移出检测室2。优选地，可具有原动机20和相关的风扇或者鼓风机22，以增大检测室2内气体的流动。此外，通常利用已知在温度周期性变化情况下所采用的绝热材料，对该检测室2进行隔热处理，由于清楚的原因，图中未表示该绝热材料。优选的，导管10和12可使用冷却领域中公知的真空绝热管，特别地，导管10用以保持低温流体的低温度。典型的，环境检测室2位于支承物8上，例如生产设备的底板或者车间的地面。

为了提高安全性，环境检测室2和温差环流装置4分别具有压力释放装置24和26。压力释放装置也可位于两导管10和12的任一个或两个上。

尽管温差环流装置像上述这样已能相当好地完成操作，但在优选实施例中，其最好包括流量计量装置32以及温度测量装置28和30，如图1所示。优选地，这三个监控装置分别用于读取流入冷却旋管14内的低温流体的流率，检测室2内的气体温度，以及流入冷却旋管14内的低温流体的温度，这三个监控装置在任何情况下都不排他。优选地，如6所示的控制单元利用控制阀34来控制低温流体的流动。优选地，该控制单元6反过来又受到当地或者远程监控系统(未表示)的控制。

参照图2，图2表示本发明第二种方法及装置的实施例50。所示实施例50包括环境检测室52，可将一个或多个16指示的制造元件，例如印刷电路板放置在该环境检测室52内。实施例50还包括低温流体储存槽54，热交换或蒸发单元56，高压储存单元58，以及低压储存单元60。依据工厂的配置，提供单元4，56，58和60中的一个或多个。低压储存单元60向压缩机62提供低压冷却气体，压缩机62经由导管89获取低压冷却气体并压缩该低压冷却气体，然后经由导管91将高压冷却气体输送给高压储存单元58。

导管64，止回阀66，隔断阀68，控制阀70，压力测量装置72以及压力控制装置74用于选择性地将干燥气体引入环境检测室52内。这是希望减少湿气在检测室内、在将检测元件上冷凝的可能性。此外，如果元件16在“湿”状态下进入检测室52，如同储存在潮湿环境中，就希望弄清楚要多长时间才能减少元件16表面的水分。选择性地引入干燥气体还可用于除去旋管78和80上的任何结冰冷凝物或液体冷凝物。

选择性的干燥气体以及可能漏出旋管78和80的任何低温流体可经由选择性的排出管76离开该系统。

低温流体源54向导管82和流量调节器84供应低温流体。导管82通常分离为一条或多条管，如图2中81和83所示，该导管81和83分别向旋管81和78供应低温流体。旋管81和78“巧妙地设置”在环境压力筛选室52内，以为该元件16提供最佳冷却。例如，如图2的实施例50所示，旋管78和80可直接位于元件16下方和上方。优选地，隔断阀85在开启时允许气体流过室52。例如如果车间其它地方需要更多惰性气体，这种方式将是优选的。

在经压缩机62压缩后，压力调节器90可使得高压低温流体流出高压储存单元58，流过导管93，负压调节器90，以及止回阀92，并进入导管96。导管96接着将高压低温流体输送至同一车间或其它车间的其它终端使用者。导管96内高压低温流体的其它用途可以是例如用作低温流体存储槽54的压力源，如果必要的话。流入导管96内的高压低温流体的其它用途还可以是气体覆盖，例如在波动焊接或回流焊接应用中，或者在化学储存槽的蒸气空间内可能具有潜在爆炸性气体混合物的情况下，用于覆盖该槽。

还优选地，将低温流体存储槽54内已蒸发的低温流体输送给导管96。这可利用导管100内的开式隔断阀98来实现，该阀98允许液化的低温流体经由导管100流入热交换器或蒸发器56内。已蒸发的气体经由导管104，负压调节器106，止回阀108流入导管96。优选的，导管102内的液流提供热量以蒸发低温流体，例如空气或低压蒸气。可替换地，采取外部加热板或电加热盘管。

如上所述，本发明的两个关键方面在于：旋管78和80在室52内的巧妙设置，用以提供最大的冷却效力并减少进行给定检测所需要的低温流体量；以及已蒸发低温流体的明智利用，或者经由温差环流装置进行回收，或者经由图2所示的“回收”设备60，62，58及96用于车间的其它部分或厂区外。图2中分别用94，110和72标识的压力指示器P1，P2和P3用于监控该实施例50。优选的，将P2的压力设置成低于P1。这两处的压力可通过调节负压调节器90和106的设定来进行调节。

图2所示实施例的另一优选特征是提供水位测量装置112。控制器114接收来自水平传感器112和室52上温度传感器124的信号。可利用监控系统(未表示)来控制该控制器114。优选地，控制器114控制着控制阀84和116。控制阀84允许低温流体如前所述流过导管82。选择性的，控制阀116允许经由导管118流入新鲜低温流体，以再次注满低温流体槽54。优选的，压力释放装置120和122分别位于环境压力筛选室52和低温流体源54上。将该压力释放装置设置成如果室52和54内的压力增大到超过一定的设计压力规格，该压力释放装置就释放气体。

图3表示了本发明另一优选实施例200。实施例200包括检测箱202，该箱202内放有待检测的一个元件204，这里待测元件为雷达子系统。子系统204位于搁板206上，搁板206反过来又位于支承物208上或与该支承物208连接，优选的，元件例如子系统204经由支承物208与一动力源(未表示)电连接。优选的以这种方式，在模拟环境下给该元件204加电，并操作该元件204。检测箱202位于平板210或其它支撑面上。实施例200包括气室212，已蒸发的冷却剂如多个箭头216所示流过该气室212。气体流过气室212，然后再流过喷嘴214(图3表示了六个，但该数目可以改变)。喷嘴214将气体导向并环绕着子系统204，以实现所检测元件的温度变化。该实施例中风扇218和220位于箱202的顶部附近，有助于流通已蒸发的冷却剂，或经由加热单元222和224加热的热气体。低温流体经由导管226进入，经过蛇形管228，然后从蛇形管228出来并进入另一导管230。经由控制阀232来控制低温流体流，控制阀232反过来又被一控制器，优选为一PID控制器234所操纵。控制器234自单元236接收一个或多个温度测量结果，如图3所示。

在图3所示优选实施例200中，可替换的实施例可包括多个蛇形管228，以及相应的多个输入及输出导管和多个控制阀。可提供多于二个的风扇，且可以改变风扇在箱202内的位置，例如一个风扇位于顶部且一个风扇位于底部，或者箱的每侧都具有一风扇。

尽管以上本发明优选方法及装置的说明代表本发明，但它们决不是用于限制所附权利要求书。

Claims (27)

1.一种对元件进行环境检测的方法，所述方法包括步骤：

(a)将待测元件放入一室内，所述室具有充满气体的内部空间；

(b)通过在所述待测元件附近巧妙地设置一根或多根冷却旋管来间接冷却所述元件，以控制所述元件的温度从1℃.ΔT/分到100℃.ΔT/分；

(c)向所述冷却旋管供应来自低温流体源的低温流体，从而冷却所述元件，并生成热低温流体；以及

(d)以温差环流方式，利用一种温差环流导管回路将所述热低温流体回收至所述低温流体源。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部空间内的所述气体是非惰性的。

3.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：测量所述内部空间内的所述气体的温度。

4.如权利要求3所述的方法，还包括步骤：至少部分地基于所述温度来控制所述低温流体的流动。

5.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：测量流入所述旋管内的所述低温流体的温度。

6.如权利要求5所述的方法，还包括步骤：至少部分地基于所述温度来控制所述低温流体的流动。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依靠将干燥气体输入所述内部空间内，从而所述气体气氛是干燥的。

8.一种对元件进行环境检测的装置，所述装置包括：

(a)具有内部空间的检测室，用于容纳待检测的一个或多个元件；

(b)至少一个冷却旋管，其巧妙地设置在所述检测室内，以控制所述元件的温度从1℃.ΔT/分到100℃.ΔT/分；

(c)低温流体输送管，其将低温流体源和所述旋管的进口连接起来；以及

(d)低温流体返回管，其将所述旋管的出口与所述低温流体源连接起来，

其特征在于，所述低温流体输送管和所述低温流体返回管都被连入一温差环流回路内。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测室包括用于移动所述内部空间内的气体的装置。

10.如权利要求8所述的装置，还包括用于测量所述检测室的内部空间的温度的装置。

11.如权利要求8所述的装置，还包括用于控制所述低温流体自所述低温流体源流动的装置。

12.一种对元件进行环境检测的方法，所述方法包括步骤：

(a)将待测元件放入一室内，所述室具有充满气体的内部空间；

(b)通过在所述待测元件附近巧妙地设置一根或多根冷却旋管来间接冷却所述元件，以控制所述元件的温度从1℃.ΔT/分到100℃.ΔT/分；

(c)向所述冷却旋管供应来自低温流体源的低温流体，从而冷却所述元件，并生成热低温流体；以及

(d)使所述热低温流体流至一低压储存装置。

13.如权利要求12所述的方法，还包括步骤：压缩所述热低温流体以形成压缩低温流体，然后将压缩低温流体输送入一高压储存装置。

14.如权利要求12所述的方法，还包括步骤：将至少一些压缩低温流体输送到其它使用点，所述使用点自下述组中选出，所述组包括现场的其它用途、离开现场的其它用途以及存储槽。

15.如权利要求12所述的方法，还包括步骤：将一部分所述热低温流体输送入所述内部空间内。

16.如权利要求12所述的方法，还包括步骤：将干燥气体输送入所述内部空间内。

17.如权利要求12所述的方法，还包括步骤：在所述低温流体存储槽内蒸发一部分所述低温流体，并将其输送至其它使用点。

18.一种对元件进行环境检测的装置，所述装置包括：

(a)具有内部空间的检测室，用于容纳待检测的一个或多个元件；

(b)至少一个冷却旋管，其巧妙地设置在所述检测室内，以控制所述元件的温度从1℃.ΔT/分到100℃.ΔT/分；

(c)低温流体输送管，其将低温流体源和所述旋管的进口连接起来；以及

(d)用于所述热低温流体的低压储存装置，以及使所述旋管的出口与所述低压储存装置相连接的导管。

19.如权利要求18所述的装置，还包括压缩装置，用于压缩所述热低温流体以形成压缩低温流体。

20.如权利要求19所述的装置，还包括高压存储装置，其自所述压缩装置获取供料。

21.如权利要求20所述的装置，还包括将所述压缩低温流体输送给其它使用点的导管。

22.如权利要求21所述的装置，还包括使所述低温流体源与一热交换单元相连接的导管，以及使所述热交换单元与所述用于给其它使用点供应低温流体的导管相连接的导管。

23.如权利要求18所述的装置，还包括允许一部分热低温流体进入所述检测室的所述内部空间内的装置。

24.如权利要求18所述的装置，还包括在所述检测室上用于感应所述内部空间温度的温度测量装置。

25.如权利要求18所述的装置，还包括在所述液态的低温流体源上的液位传感器。

26.如权利要求18所述的装置，还包括用于控制所述低温流体存储装置的流出及流入的控制装置。

27.如权利要求18所述的装置，还包括用于给所述内部空间输送干燥气体的装置。

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